Телекоммуникационные_системы_и_сети_Т_1_Современные_технологии_620

тов для дисплейных подсистем, отличающихся базовым графическим разрешением, т.е. количеством элементов изображения по вертикали и по горизонтали, которое может быть расположено на экране монитора, а также числом цветов для цветных мониторов или градаций серого цвета для черно-белых мониторов: 1) стандарт CGA – разре-

шение 320 × 200 точек; 2) MDA – разрешение 720 × 350; 3) EGA – разрешение 640 × 350; 4) VGA (Video Graphics Array) – разрешение 640 × 480 или 800 × 600; 5) SVGA (Super Video Graphics Array) – 1024 × 768 точек [3, 4].

Важный параметр видеоадаптера – объем видеопамяти, который имеется на плате видеоадаптера, так как от него зависит количество воспроизводимых монитором цветов.

Все вышеперечисленные устройства еще называются аппаратным обеспечением компьютера, которое не может работать без системного программного обеспечения. Основой системного программного обеспечения являются операционные системы. Например, операционная система MS-DOS фирмы «Microsoft», ориентированная на использование на локальном персональном компьютере в однопользовательском режиме. Она обеспечивает основные операции при работе пользователя с файловой системой: запуск и остановку прикладных программ.

Для облегчения работы пользователя с компьютером разработано специальное программное обеспечение, например, программа Питера Нортона – Norton Commander. В настоящее время широко применяются операционные системы с удобными для пользователя графическими экранными интерфейсами – это такие системы, как Windows и OS/2.

Однопользовательские операционные системы недолго удовлетворяли потребности пользователей персональных компьютеров. Стало понятно, что отдельные персональные компьютеры не решат проблемы обработки все возрастающих объемов информации и усложняющихся алгоритмов ее обработки, как бы не увеличивалась их мощность и количество процессоров в них. Естественным решением проблемы стало использование компьютерных сетей, реализуемых на базе служб и сетей передачи данных.

Для построения таких сетей были разработаны так называемые сетевые операционные системы. Видное место среди таких операционных систем занимала и занимает многопользовательская операционная система UNIX.

В современных компьютерных сетевых системах нашлось место всем разновидностям вычислительных машин от больших ЭВМ до персональных компьютеров. Большие и мини-ЭВМ выполняют функции серверов, а персональные компьютеры используются как рабочие станции.

13.2. Принципы построения компьютерных сетей

Все многообразие компьютерных сетей можно классифицировать по группе признаков:

1)территориальная распространенность;

2)ведомственная принадлежность;

3)скорость передачи информации;

4)тип среды передачи.

По территориальной распространенности сети могут быть локальными, региональными и глобальными. Локальные – это сети, перекрывающие территорию не более 10 км2; региональные – расположенные на территории города или области; глобальные – на территории государства или группы государств, например всемирная сеть

Internet.

По принадлежности различают ведомственные и государственные сети. Ведомственные сети принадлежат одной организации и располагаются на ее территории. Это может быть локальная сеть предприятия. Несколько отделений одной кампании, расположенные на территории города, области, страны или государства, образуют корпоративную компьютерную сеть. Государственные сети – сети, используемые в государственных структурах.

По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне-, высокоскоростные.

По типу среды передачи разделяются на сети коаксиальные, на витой паре, оптоволоконные, с передачей информации по радиоканалам, в инфракрасном диапазоне и т.д. Следует заметить, что основные отличия в принципах построения сетей определяются средой передачи.

Компьютеры, включаемые в компьютерные сети, выполняют функции либо серверов, либо рабочих станций. Серверы – это достаточно мощные ЭВМ, предоставляющие свои ресурсы менее мощным машинам, выполняющим роль рабочих станций. В качестве последних используются персональные компьютеры. Серверы различают по основным функциям, которые они выполняют: файловые, печати, приложений и т.д. Файловый сервер служит для хранения файлов и предоставления их для использования рабочим станциям сети. Сервер печати производит функции сетевой печати. На сервере приложений выполняются задачи, которые могут быть запущены с любой рабочей станции, имеющей доступ к данному серверу.

Если компьютеры находятся на территории одного предприятия (организации) и включены в одну локальную сеть, то рабочие станции подключаются к серверам через сетевое оборудование локальных сетей. Компьютеры, подключенные к разным локальным сетям, удаленным друг от друга на существенное расстояние, соединяются с

использованием средств региональных или глобальных компьютерных сетей. Возможен доступ к серверам локальных сетей с использованием сетей связи общего пользования, например, телефонной или региональных (глобальных) сетей передачи данных.

Структуры перечисленных сетей могут быть разнообразными. Для локальных более характерны регулярные структуры: шина, кольцо, звезда. Не исключены комбинации указанных структур сетей. Для региональных и глобальных сетей более характерны иерархические структуры.

13.3.Международные стандарты на аппаратные и программные средства компьютерных сетей

Для организации эффективного взаимодействия между разнотипными компьютерами в компьютерных сетях был разработан международный стандарт, в котором описана архитектура взаимодействия открытых систем (см. гл. 9).

Вычислительная система, отвечающая стандартам, принятым в концепции взаимодействия открытых систем, будет открыта для взаимосвязи с любой другой системой, отвечающей этим же стандартам. Стандарт по взаимодействию вычислительных систем принят международной организацией по стандартизации (МОС, английская аббревиатура ISO) под номером 7498, а позднее – Международным консультативным комитетом по телефонии и телеграфии (МККТТ). Современное название этой организации Международный союз электросвязи (МСЭ-Т), под номером X.200. В нем предусматривается разбиение функций сложной системы, реализующей организацию взаимодействия абонентских систем (терминального оборудования) на N простых функций, т.е. разбиение сложной системы на подсистемы. Подсистемы одной системы связаны друг с другом через межуровневые интерфейсы, а подсистемы разных систем – через протоколы N-го уровня. Подробнее термины и определения были описаны. Здесь же рассмотрим конкретные реализации наиболее распространенных стандартов. Не всегда в стандартах рассматривается протокол, соответствующий какому-то определенному уровню. Часто в одном стандарте описываются протоколы, соответствующие нескольким уровням модели ISO. К таким стандартам относится, например, стандарт Х.25.

Помимо вышеупомянутых МОС и МСЭ-Т, стандартизацией в области электросвязи занимаются также:

1)ANSI – American National Standards Institute (Американский нацио-

нальный институт стандартов);

2)EIA – Electronic Industries Association (Ассоциация электронной ин-

дустрии);

3)ECMA – European Computer Manufactures Association (Европейская ассоциация производителей ЭВМ);

4)IEEE – Institute of Electronic and Electrical Engineers (Институт ин-

женеров по электронике и электротехнике);

5)Госстандарт Российской Федерации.

Стандарты протоколов физического уровня. Функции протоко-

лов физического уровня (уровень 1) обеспечивают взаимодействие процедур канального уровня с физической средой передачи, по которой передается сигнал. В этих стандартах, как правило, описываются принципы построения устройств преобразования сигналов (модемов) и межуровневых интерфейсов, описывающих как уровень 1 связывается с уровнем 2, предоставляя ему свои услуги.

Наибольшее количество стандартов физического уровня и интерфейсов между физическим и канальным уровнем опубликовано МККТТ (МСЭ-Т). Перечислим некоторые из них:

1)V.21 – дуплексный модем со скоростью передачи 300 бит/с, предназначенный для использования в общей коммутируемой телефонной сети;

2)V.22 – дуплексный модем со скоростью передачи 1200 бит/с, предназначенный для использования в общей коммутируемой телефонной сети и выделенных каналах;

3)V.23 – модем со скоростью передачи 600/1200 бит/с, предназначенный для использования в общей коммутируемой телефонной сети;

4)V.26 – модем со скоростью передачи 2400 бит/с, предназначенный для использования в четырехпроводных каналах выделенного типа;

5)V.27 – модем со скоростью передачи данных 4800 бит/с с ручным корректором, предназначенный для использования в выделенных каналах телефонного типа.

Имеются стандарты интерфейсов с модемами, например, V.24 – «Перечень обозначений цепей обмена между оконечным оборудованием данных (ООД) и аппаратурой окончания канала данных».

Известны также стандарты МСЭ-Т, в которых описывается физический уровень серии Х, например, Х.21 – «Интерфейс между оконечным оборудованием данных (ООД) и аппаратурой окончания канала данных (АКД) для синхронной работы в сетях передачи данных общего пользования», эта серия стандартов относится к сетям передачи данных общего пользования.

Кроме МСЭ-Т, стандарты физического уровня разрабатывались и другими организациями. Например, всемирно-известный стандарт RS-232C, разработанный EIA и используемый в устройствах подключения к персональным компьютерам периферийных устройств. Большинство стандартов, опубликованных разными организациями, дуб-

Рис. 13.1. Формат кадра BSC

SYN – синхросимвол (СИН); SON – начало заголовка (НЗ); STX – начало текста (НТ); ETX – конец текста (КТ); ETB – конец блока (КБ); BCC – контрольная сумма

виду со служебным, передается символ DLE. На приемной стороне он автоматически удаляется. Описанная процедура позволяет на приемном конце различать действительно служебные символы и символы, совпадающие по виду со служебными, встречающимися в информационном блоке в поле данных. Если бы внутри информационного блока был принят, например, символ «конец текста» или «конец блока», прием кадра прекратился бы преждевременно и, следовательно, данный кадр был бы принят неверно.

Особенность этого протокола – работа его только в режиме поочередной двухсторонней передачи.

Рассмотрим еще один вариант байт-ориентированного протокола, принципиально отличающегося от BSC методом обеспечения прозрачности по кодам.

2. Байт-ориентированный протокол DDCMP (Digital Data Communication Message Protocol) разработан в фирме Digital Equipment Corporation (DEC). Формат кадра протокола приведен на рис. 13.2.

Допускаются синхронный и асинхронный способы передачи информации.

Перед началом передачи любая из станций должна послать «запрос» и получить на него «подтверждение», после чего информация передается в виде нумерованных блоков, т.е. каждый передаваемый блок имеет свой номер.

Протокол предусматривает подтверждение 255 ранее принятых пронумерованных сообщений одной операцией.

Рис. 13.2. Формат кадра DDCMP

ПН – последовательный номер сообщения; СRC1, CRC2 – проверочные контрольные суммы

Для выявления ошибок используются две контрольные суммы (1-я защищает заголовок, 2-я – информационный блок). Выявление ошибок влечет за собой посылку сообщения с признаком NAK (НЕТ) в передающий узел, при этом указывается также последовательный номер последнего правильно принятого сообщения. Ошибочное сообщение с целью повторной передачи ставится в очередь готовых для передачи сообщений. Если в течение некоторого времени не получен положительный ответ от приемника, то производится повторная передача предыдущего блока.

Счетчик фиксирует длину передаваемого сообщения. Благодаря наличию поля счетчика в заголовке, передатчик может формировать кадры произвольной длины. Информационный кадр отличается от управляющего наличием в заголовке кадра символа SOH, если вместо SOH передается ENQ (КТМ – кто там), то кадр считается не информационным, а управляющим.

Протокол DDCMP предусматривает работу в четырехпроводном режиме: по прямому каналу передается информация, по обратному – сигналы подтверждения правильного приема кадров.

3. Бит-ориентированный протокол HDLC разработан в 1973 г.

Международной организацией по стандартизации. Он базовый для целого набора протоколов канального уровня, являющихся его подмножествами.

Протокол поддерживает полудуплексную и дуплексную передачи, виды соединения между станциями типа «точка–точка» (двухточечное) и «многоточечное».

В данном протоколе рассматриваются следующие типы станций:

–первичная – управляет каналом передачи данных, передает команды вторичным станциям, подключенным к общему каналу, и получает ответы от вторичных станций.

–вторичная – зависима от первичной станции, реагирует на команды от первичной путем передачи ей ответов. Она поддерживает сеанс связи с первичной станцией и не отвечает за управление каналом.

–комбинированная – передает как команды, так и ответы, она получает команды и ответы от тех станций, с которыми поддерживает сеанс связи.

Известны три режима работы станций, взаимодействующих по протоколу HDLC.

1. Режим нормального ответа. Перед началом передачи вторичная станция должна получить явное разрешение от первичной. После получения разрешения она начинает передачу ответа, который может содержать данные. Пока канал используется вторичной станцией, она может передать один или более кадров. После передачи последнего кадра вторичная станция снова ждет явного разрешения от первичной на передачу.

Поле адреса определяет адрес первичной или вторичной станций, участвующих в передаче конкретного кадра.

Управляющее поле содержит команды или ответы, а также порядковые номера, используемые при отчетности о правильности передачи кадров канального уровня.

Информационное поле содержит блок информации (пакет), поступающий на второй канальный уровень с третьего сетевого. Оно имеется только в кадре информационного формата.

Поле контрольной последовательности кадра (КПК) использует-

ся для обнаружения ошибок при передаче данных между двумя станциями. Передающая станция вычисляет КПК путем деления всех полей кадра, кроме флагов, на образующий полином циклического кода вида Х16 + Х12 + Х5 + 1. Длина поля 2 байта, что соответствует полиному 16-й степени. Полученный остаток от деления передается на приемную станцию, где аналогичным образом вычисляется остаток от деления на образующий полином тех же полей кадра, но уже прошедших через канал связи. Если он совпадает с остатком, принятым в составе кадра, то кадр считается принятым верно, иначе – неверно.

При использовании флаговой и других служебных комбинаций возникают проблемы обеспечения прозрачности по кодам. Например, если внутри кадра до приема завершающего флага принята из канала кодовая комбинация, соответствующая флаговой, то прием этого кадра не будет произведен до конца, так как приемником эта кодовая комбинация будет опознана как завершающий флаг.

Для того чтобы этого не произошло, применяется операция битстаффинга, которая предусматривает до присоединения к кадру флагов на передающей стороне побитовый просмотр передаваемой между флагами информации и установку нуля после каждых пяти идущих подряд единиц.

На приеме содержимое кадра между флагами вновь анализируется и после пяти подряд идущих единиц убирается ноль. Аналогично предотвращается возникновение и других служебных кодовых комбинаций внутри кадра, чем обеспечивается возможность передачи информации любым кодом.

В HDLC различают три типа полей управления. В зависимости от типа поля управления различаются кадры: I – информационного, S – супервизорного, U – ненумерованного форматов.

Кадры I-формата служат для переноса информации; S-формата – для подтверждения приема, запроса на повторную передачу и запроса на временную задержку передачи кадров; U-формата – для управления, инициализации и разъединения канала передачи данных.

Протокол HDLC является базовым для целой группы протоколов канального уровня, используемых как в глобальных, так и в локальных компьютерных сетях, а именно:

1)LAP (Link Access Procedures) – процедура доступа к звену передачи данных (используется в стандарте Х.25);

2)LAPB (Balanced Link Access Procedures) – сбалансированная про-

цедура доступа к звену передачи данных (используется в стандар-

те Х.25);

3)LLC (Logical Link Control) – управление логическим каналом, стандарт опубликован комитетом IEEE-802 для локальных сетей;

4)SDLC (Synchronous Data Link Control) – синхронное управление звеном данных, разработан компанией IBM;

5)ADCCP (Advanced Data Communication Control Procedures) – раз-

работан Американским национальным институтом стандартов

(ANSI).

Все вышеперечисленные протоколы выполняют только часть функций, имеющихся в HDLC.

Стандарты протоколов сетевого уровня. Широко используемы-

ми стандартами сетевого уровня являются протоколы:

–Х.25, разработанный МСЭ-Т для сетей с коммутацией пакетов;

–Стандарты IPX/SPX, разработанные фирмой «Novell»;

–TCP/IP (Transmission Control Protocol/ Internet Protocol), разрабо-

танный в конце 60-х годов ХХ в. для глобальной сети Агентства по передовым исследовательским проектам министерства обороны США. В настоящее время используется в глобальной сети Internet и

влокальных сетях предприятий и учреждений, базирующихся на протоколах TCP/IP и называющихся intranet.

Х.25 трехуровневый, включает в себя физический, канальный и сетевой уровни моделей ISO.

В качестве физического уровня в Х.25 рассматривается стандарт Х.21, в котором описывается интерфейс физического уровня между ООД (компьютером) и АПД (модемом).

В некоторых странах вместо Х.21 применяется стандарт Х.21Bis, который аналогичен стандартам V.24 и RS232-C. Подключение к компьютеру устройств через интерфейс RS232-C производится с использованием 25или 9-контактного разъема с обратной стороны системного блока.

Физический уровень Х.25 не осуществляет функций контроля за качеством передаваемой информации.

Протоколы канального уровня Х.25 – LAP и LAPB являются подмножествами протокола HDLC. В кадре протокола LAP или LAPB транспортируется пакет сетевого уровня стандарта Х.25.

Канальный уровень с протоколом LAP применяется на практике редко.

При рассмотрении сетевого уровня Х.25 различают дейтаграммное и виртуальное соединения: